大渡河流域年径流变化特征及其归因分析

根据1951—2012年大渡河流域内气象站年降水量、年平均气温和铜街子站年径流量资料,利用Mann-Kendall秩次相关检验法识别年径流量变化趋势,基于小波分析法检验其周期成分,采用有序聚类法、累积距平法及Pettitt法诊断年径流量突变点,利用累积量斜率变化率比较法揭示气候变化与人类活动对流域年径流量的影响程度。研究结果表明:1951—2012年大渡河流域年径流量整体呈不显著的减少趋势,其中,1951—1968和1988—2012年期间呈不显著的减少趋势,1969—1987年期间呈不显著的增加趋势;年径流量存在7年、11年、17年和28年的周期成分;流域年径流量在1968年和1987年发生突变;以1951—1968年为基准期,1969—1987年期间气候变化和人类活动对大渡河流域径流量减少的贡献率分别为36.22%和63.78%;在1988—2012年期间的贡献率分别为33.68%和66.32%;人类活动是大渡河流域年径流量变化减小的主导因素,气候变化是次要因素。     

气候变化和人类活动对白河流域径流变化影响的定量研究

分析气候变化和人类活动对白河流域径流变化的贡献率,可为流域水资源规划与管理提供依据。以白河流域作为研究对象,首先采用线性趋势法、滑动平均法分析水文气象要素的年际变化趋势,其次采用Mann-Kendall检验、有序聚类检验和滑动t检验探究年径流量的突变年份,最后采用基于Budyko假设的水量平衡法评估气候变化和人类活动对径流变化的影响。结果表明:白河流域年径流量呈下降趋势,2008-2017年平均径流量仅为1960-1969年平均径流量的36.5%;年径流量在1979年发生突变,在1986年以后呈显著下降趋势;与基准期相比,变化期流域的干旱指数在增加,2001-2017年流域的干旱更为明显;人类活动是白河流域径流变化的主要原因,1980-2000年、2001-2017年人类活动对径流变化的平均贡献率分别为85.6%、73.6%,说明2000年以后气候变化对径流变化的影响呈上升趋势。     

降水和人类活动对乌江上游径流变化的影响分析

径流量变化与气候和人类活动密切相关,其相互作用使得流域水循环发生变化,对气候变化和人类活动进行定量分析,可为流域调控水资源效率、协调农业发展等提供参考。以乌江上游为例,基于鸭池河水文站和流域内及周边共12个气象站,根据1960-2013年长时间序列实测径流与气象资料,利用Mann-Kendall法、累积距平法判断流域降水量和径流量的突变时间,用Morlet小波法对径流量进行周期变化分析,重点分析乌江上游流域降水与人类活动对径流量变化的贡献率。结果表明:1960-2013年间,径流量与降水量无显著增加趋势;径流量和降水量在此期间存在1986和2002年两个突变点,且突变特征和阶段特征同步;径流量与降水量的共振周期为18～19 a及19～20 a,流域径流量对降水量变化具有一定滞后作用,滞后时间为1～2 a;以1960-1986年为基准期,1987-2002年降水和人类活动对径流的贡献率分别为50.93%和49.70%,2003-2013年降水和人类活动对径流的贡献率分别为49.30%和50.70%。降水对径流变化的影响程度在降低,而人类活动对径流变化的作用在增大,因此,未来流域水资源管理应重视良性人类活动的构建与调控。     

大沽河入海径流演化特征及其影响因素研究

为揭示胶东半岛大沽河入海径流量演化特征及其主要驱动因素,采用Mann-Kendall法与改进Mann-Kendall法、累积距平法与滑动t检验法、Morlet复小波变换等研究了1956～2016年大沽河入海径流量及其变化趋势、突变特征与变化周期;采用降水-径流双累积曲线法,定量计算了气候变化与人类活动对大沽河入海径流量变化的贡献率。结果表明：大沽河入海径流量呈显著减少趋势,平均减少速率为0.158 5亿m3/a, 1976年发生了由多到少的突变,变化的主周期为21 a;导致径流量减少的主要影响因素为人类活动,大规模水资源开发活动改变了流域水资源转化过程。研究成果可为胶州湾水资源开发利用保护和生态环境评价提供参考。     

潮河流域降雨径流变化趋势分析

基于趋势分析、突变分析和小波分析方法对密云水库主要汇水流域之一的潮河流域1973—2013年的降雨径流资料进行分析,结果表明:潮河流域1973—2013年的降雨量总体保持稳定且有缓慢减少的趋势。1998年降雨量突然增多主要是由于气候异常引起的突变。流域的径流量呈显著减少趋势,特别是1998—2013年经历连续15年的干旱,密云水库来水量明显减少。突变检验结果表明1998年是流域降雨径流变化发生突变的显著年份。近年来强烈的人类活动是造成径流持续明显减少的主要因素,当人类取用水活动影响较弱时,径流变化同降雨变化基本保持一致。潮河流域降雨、径流变化受自然气候变化和人类活动影响,其变化周期均包括2个主变化周期,其中降雨有2~3年的变化周期,径流变化有3~6年变化周期。根据周期变化特征,潮河流域未来降雨量基本保持稳定,但由于人类活动的强烈影响,即使某些特别年份降雨量波动性增多,但密云水库入库流量总体仍将维持在比较低的水平。     

气候变化和人类活动对大凌河上游流域径流的影响

通过趋势分析方法及突变点检验方法,分析大凌河流域水文气象要素的变化趋势;结合大凌河流域人类活特征及突变点分析结果,将流域径流量序列划分为"天然基准期"和"人类活动影响期"两个阶段;应用大凌河上游水文、气象、土地利用等数据建立大凌河上游水文模型,采用弹性系数法和水文模拟法定量分析大凌河上游流域气候变化和人类活动对径流的影响。结果表明:1956—2006年,大凌河流域降水量有轻微的上升趋势,而潜在蒸发量与径流量呈现显著下降趋势,导致径流量减小的主要原因为人类活动。     

沙颍河代表站径流演变特征及归因分析

径流演变特征研究可为在变化环境下制定流域水资源规划、建立流域水文响应机制提供科学依据。以沙颍河流域代表水文站阜阳站为例,运用M-K检验法和小波分析法分析了1956年-2011年径流变化特征,并从气候变化及人类活动的角度分析了径流变化的主要驱动因素。结果表明:沙颍河阜阳站径流总体呈下降趋势,但下降趋势不明显,总体未达到95%显著性水平;在1966年前后存在明显的突变点;径流存在13a、26a两类周期变化特性,周期演变过程受人类活动影响显著。就驱动因素而言,人类活动对径流变化的贡献率在65%以上,气候变化对径流变化的影响较弱,表现为从负向到正向的趋势。     

湟水水沙情势变化定量归因研究

水沙情势变化定量归因是水文学和流域地貌学的重要理论问题。以青藏高原向黄土高原过渡带的湟水为研究区,采用滑动t检验法、双累计曲线法系统分析了湟水干流径流泥沙的变化特征,量化评价气候变化和人类活动对湟水水沙变化的贡献率。结果表明:1956—2016年湟水干流上游石崖庄站径流量呈增大趋势,中下游站点径流量均呈减小趋势,各控制站输沙量年际变化呈显著减小趋势;径流量和输沙量表现出很强的年代际变化规律;各站径流量均在1980年、2004年左右发生突变,输沙量在1980年、2000年左右发生突变;不同时期,气候变化和人类活动对径流量和输沙量变化的贡献率不同;径流量和输沙量减少的主导因素是人类活动。     

基于Mann-Kendall法和有序聚类法的径流变化特征研究

以清漳河流域为例,应用Mann-Kendall检验法和有序聚类法分析了流域内的径流变化特征.研究发现,径流量系列呈显著性下降趋势,1977年为显著突变点.通过对径流变化特征的影响分析,发现降水量和人类活动是导致流域内径流量变化的主要因素,且降水量的影响程度大于人类活动.     

渭河上游径流变化特征及归因研究

分析渭河上游降水量、径流量的变化趋势和径流量的突变点,定量计算气候变化和人类活动对径流量变化的贡献,揭示渭河上游径流变化原因,为渭河流域水资源管理及开发利用提供依据。基于1961-2015年降水和径流数据,采用线性回归、Mann-Kendall检验和双累积曲线等方法分析渭河上游降水和径流演变规律。结果表明:渭河上游降水及径流的年际变化趋势均呈下降趋势,径流突变点为1970、1987、1990和1993年,根据突变点确定渭河上游径流基准期为1961-1969年;通过双累积曲线法的定量分析结果表明:人类活动是渭河上游径流减少的主要影响因素。总体上,近年来人类活动对径流的影响呈现增加趋势,2010-2015年间人类活动对径流影响的贡献率高达98. 32%。气候变化对径流变化有一定影响,尤其是,1990-1999年间气候变化对径流量影响占到22.52%。统计资料表明:在这段时间内,渭河流域发生多次极端干旱事件,导致渭河上游降水量骤减,使得气候变化对渭河上游径流变化的贡献增加。     

Assessments of Impacts of Climate Change and Human Activities on Runoff with SWAT for the Huifa River Basin,Northeast China

The impacts of climate change and human activates on the runoff for Huifa River Basin, Northeast China, have been investigated with the soil and water assessment tool (SWAT), which is calibrated and verified for the baseline period 1956–1964, and then used to reconstruct the natural runoff from 1965 to 2005. The results indicate that both climate change and human activities are responsible for the decrease of observed runoff in Huifa River. The climate change could result in a decrease or increase of runoff depending on precipitation, temperature, radiation variation, as well as land cover changes. Its impacts on annual runoff are -36.7, -59.5, +36.9 and -45.2 mm/a for 1965–1975, 1976–1985, 1986–1995 and 1996–2005, respectively, compared with the baseline period 1956–1964. Human activities, on the other hand, generally lead to a decrease of runoff and a relatively larger magnitude than climate change after 1985. It has decreased the annual runoff by -32.9, -46.8, -67.8 and -54.9 mm/a for 1965–1975, 1976–1985, 1986–1995 and 1996–2005, respectively. Human activities contributed more to runoff decrease in wet years due to regulation and storage of the water projects. The results of this study could be a reference for regional water resources management since there are quite a number of reservoirs in the Huifa River basin.     

Discussion of “Assessments of Impacts of Climate Change and Human Activities on Runoff with SWAT for the Huifa River Basin, Northeast China” by Aijing Zhang; Chi Zhang; Guobin Fu; Bende Wang; Zhenxin Bao; and Hongxing Zheng

Zhang et al. (Water Resour Manag doi:10.1007/s11269-012-0182-2, 2012) studied the impacts of climate change and human activities on the runoff for the Huifa River basin. They employed a soil and water assessment tool (SWAT), which was calibrated for the baseline period 1956–1964, and then used to reconstruct the natural runoff for the climate change period 1965–2000. Results showed that both climate change and human activities decrease the observed runoff. Climate change impacts on annual runoff were ?37.7, ?59.5, +36.9, and ?45.2 mm/a for 1965–1975, 1976–1985, 1986–1995, and 1996–2005 respectively, compared with the baseline period 1956–1964. Human activities decreased runoff and caused a relatively larger magnitude impact than those of climate change after 1985. Human activities decreased the annual runoff by ?32.9, ?46.8, ?67.8, and ?54.9 mm/a for 1965–1975, 1976–1985, 1986–1995, and 1996–2005 respectively. Human activities further decreased runoff in wet years due to regulation and storage of water projects.     

长江源区径流年内分配时程变化影响因子分析

长江源区是长江水文循环的起始地,源区的水量、水质变化和人类不合理活动对水环境的影响将波及广大的下游地区.在气候变化和人类活动的影响下,长江源区河川径流没有发生显著趋势性变化,本文根据长江源区1956-2005年月径流资料和降水、气温、蒸发资料,采用主成分分析法、线性趋势分析法,研究影响径流年内分配的主要气候因子.结果表明:降水和水面蒸发是影响径流年内分配时程变化的主要因子,气温的影响相对小.     

Trends and attribution of runoff changes in the upper and middle reaches of the Yellow River in China

Natural changes of river regime have been strongly interfered globally by human activities. This gives rise to the demand of quantifying the contribution of natural and human impacts to runoff changes of rivers for river management. In this study, Mann-Kendall test and BFAST algorithm were used to evaluate the trends of runoff change in the upper and middle reaches of the Yellow River from 1965 to 2016, and to identify the breakpoints of runoff changes in the two reaches. Based on the data-driven analysis of runoff generation mechanism, the natural annual runoff was related with a comprehensive climatic factor integrating temperature and precipitation, and the impacts of human activities and climate change on the runoff changes were quantitatively distinguished by comparing the measured runoff with the “natural runoff”. For revealing the periodical changes in correlation between climate factors and runoff, the method of cross wavelet transform was used, and the time-frequency characteristics of precipitation/temperature against runoff were also examined. The results show that the breakpoints were the year 1987 in the upper reaches, 1986 and 2003 in the middle reaches. Compared with the baseline period (1965–1987), the contribution rates of climate change and human activities to runoff change in the upper reaches of the river were 56% and 44% respectively in 1988–2016. For the middle reaches, compared with the reference period (1965–1986), the contribution from climate change in 1987–2003 and 2004–2016 was 38% and 41% respectively, and that from human activities was 62% and 59% respectively. The results of cross wavelet transform analysis support the growth of climatic contribution to runoff reduction in the middle Yellow River from 1987–2003 to 2004–2016. Apparently, the influencing degree of climate change on runoff in the upper reaches was similar to that of human activities, while human activities played a dominant role in runoff change in the middle reaches. Moreover, the construction of reservoirs and human water consumption were the key factors for the decline of runoff in the upstream, and the reduction of runoff in the middle reaches was related to the large-scale implementation of water conservancy and soil and water conservation in the region.     

1956-2016年拉萨河径流量变化及影响因素分析

通过分析拉萨河径流量的演变规律和突变情况,开展降水和人类活动对径流量变化的成因分析,为拉萨河流域水资源管理与利用提供科学依据。基于1956-2016年的径流和降水数据,利用Mann-Kendall趋势分析、累积距平-滑动t检验法和降水－径流双累积曲线法,统计分析拉萨河径流序列的趋势性和突变性,计算降水与人类活动对拉萨河汛期6-9月径流量变化的贡献率。结果表明： 1956-2016年拉萨河径流量年际变化波动较大,其中1995和2005年为径流量突变年份。以1956-1994年为基准期,通过双累积曲线法定量分析表明1995-2004年人类活动对汛期径流量变化的贡献率小于50%,而2005-2016年人类活动的贡献率增大至70%以上,即人类活动成为汛期径流量改变的主要影响因素,且下游河道人类活动的影响程度更大,主要原因是新建的直孔和旁多水库调控了下游河段的流量过程。     

An Integrated Approach for Partitioning the Effect of Climate Change and Human Activities on Surface Runoff

Climate change and human activities have been identified as the two main reasons for the change in runoff. To better understand the factors causing runoff change, this paper develops an integrated approach which combined the elasticity coefficient approach (including a non-parametric model and six Budyko framework based models) and the hydrological modelling approach (using SIMHYD models) for partitioning the impacts of climate change and human activities on surface runoff. The Guanzhong River Basin(GRB), which is the sub-basin of the Wei River basin in China is chosen as the study area. In this study, trends in runoff, rainfall and potential evapotranspiration (PET) from 1958 to 2008 are analyzed using the Mann-Kendall test and change-points in the annual runoff from 1958 to 2008 are sought using the Fu formula, Mann-Kendall test and double mass curve. The calibrated and validated rainfall-runoff model SIMHYD is used to simulate the runoff in the GRB during 1958–2008. Seven different methods are used to calculate the elasticity coefficient and then the elasticity coefficient methods are used to evaluate the contribution of climate change and human activities. Combining all these results, the contribution of climate change and human activities to runoff change is 34.1?~?47.3 and 52.7?~?65.9 %, respectively. The study provides scientific foundation for understanding the causes of water resources decrease and significant information for water resources management under the influence of climate change and human activities.     

基于SWAT模型的巴勒更河流域降雨-径流关系

研究流域的降雨-径流关系可为水资源管理与水土保持等工作提供依据.根据实测降雨资料和历史实测径流数据构建SWAT模型并用于还原径流序列,采用Kendall秩次检验、滑动平均、M-K突变检验、小波分析、累积距平法以及径流系数,分析巴勒更河流域1970—2015年的降雨-径流关系年际变化特征、变化趋势,并运用累积斜率变化率比...     

永定河三家店以上流域径流减少归因分析

20世纪70年代以来,永定河流域径流特征发生了巨大变化,下游常年处于断流状态。根据1956—1991年及2006—2018年永定河三家店以上流域各站的气象与水文数据,利用M-K检验和小波分析方法分析了永定河流域的气象要素及径流变化趋势,利用双累积曲线和基于Budyko假设的弹性系数法进行了径流减少归因分析。结果表明:①1956—2018年间永定河流域的降雨无明显增加或减少趋势,气温有显著上升趋势,蒸发能力略有下降,径流减少非常明显,达到99.9%置信水平。②永定河流域大部分站点的降雨和径流变化存在大概11或23 a的波动周期。③永定河10个水文站的降雨-径流双累积曲线均发生了2~4次较为明显的偏移,在20世纪的60年代中期、70年代初期、80年中期和90年代初期都发生了偏向径流的偏移,这表明在降雨量水平未发生明显变化的情况下,径流减少了。④永定河流域是强人类活动区域,弹性系数绝对值依次为:降水>下垫面参数>蒸发能力,人类活动对径流减少的平均贡献率约为95%。